乙烯壓縮機干氣密封故障分析與對策

栗守才， 李佳， 明雷

（1.中國石油吉林石化公司化肥廠，吉林 吉林 132021；2.中國石油吉林石化公司碳纖維廠，吉林 吉林 132021）

0 引言

中國石油吉林石化公司32萬t/a苯乙烯裝置于2012年10月正式投產(chǎn)。裝置中乙烯壓縮機的作用是將環(huán)境溫度下的乙烯壓力由2.23 MPa提升至4.79 MPa，送入烷基化反應(yīng)器中與苯發(fā)生烷基化反應(yīng)。該壓縮機屬于兩級壓縮離心式壓縮機，兩級蝸殼通過半法蘭分別安裝在齒輪箱兩側(cè)，葉輪通過海斯（Hirth）細(xì)齒直接安裝在齒輪箱高速軸兩端。兩級密封均為福斯公司生產(chǎn)的串聯(lián)式干氣密封（圖1），其密封氣流程見圖2。壓縮機從開車到2014年5月出現(xiàn)兩次因干氣密封故障導(dǎo)致的非計劃停車，一次是2013年1月二級蝸殼干氣密封前置迷宮環(huán)脫落導(dǎo)致振動大連鎖停車，另外一次是2014年6月二級蝸殼干氣密封副密封卡滯泄漏停車。本文對這兩起故障逐一分析。

圖1 福斯串聯(lián)干氣密封簡圖

圖2 干氣密封流程圖

1 前置迷宮環(huán)脫落原因分析與對策

1.1 故障經(jīng)過

2013年1月3日6點開始，機組振動值開始增大，并呈波形，13點高速軸軸瓦振動監(jiān)測點VI1602、VI1603振動超聯(lián)鎖值導(dǎo)致壓縮機跳車（見圖3）。查工藝氣、密封氣、油系統(tǒng)等參數(shù)的DCS趨勢未見異常，查S8000離線振動監(jiān)測圖譜，發(fā)現(xiàn)1倍頻振動值增大，轉(zhuǎn)子存在動不平衡現(xiàn)象。進(jìn)一步對壓縮機拆檢發(fā)現(xiàn)二級蝸殼干氣密封前置迷宮環(huán)脫落并磨損，與之相鄰的葉輪背面有摩擦痕跡，由于葉輪材質(zhì)是硬化不銹鋼，迷宮環(huán)是鋁合金，所以葉輪并沒有磨損。

1.2 原因分析

乙烯壓縮機屬于撬裝式兩級單懸臂壓縮機，轉(zhuǎn)子質(zhì)量輕、軸徑?。é?5mm）、轉(zhuǎn)速高（19 560 r/min），轉(zhuǎn)子剛性差［1］，運轉(zhuǎn)過程中撓屈變形大，尤其是裝置開車初期壓縮機流量不穩(wěn)、防喘振閥開閉交替工況下，在遠(yuǎn)離齒輪箱的葉輪處振幅更大。前置迷宮環(huán)與軸套之間半徑方向間隙為0.35 mm，高速轉(zhuǎn)子在高振幅下與迷宮環(huán)發(fā)生刮擦，多次的刮擦導(dǎo)致前置迷宮環(huán)的防轉(zhuǎn)銷切斷、迷宮環(huán)壓緊卡簧松動，最后迷宮環(huán)和卡簧脫離原始位置并與葉輪發(fā)生刮擦，直接體現(xiàn)在高速轉(zhuǎn)子所有的振動監(jiān)測值變大并最終聯(lián)鎖停車。

1.3 對策

1）適當(dāng)增加前置迷宮與軸套間的間隙。將前置迷宮環(huán)與軸套間半徑方向間隙由原來的0.35 mm調(diào)整為0.6 mm，大大降低兩者相互刮擦碰撞的機率。

2）將主密封的密封氣進(jìn)氣量由90 N·m3/h增大到120 N·m3/h，以保證主密封動靜環(huán)不會因前置迷宮間隙增大后其封堵機內(nèi)臟的工藝氣體的能力減弱而被污染。

3）前置迷宮環(huán)固定方式由卡簧改用8個M4×8螺釘均布鉆孔，提高抗干擾能力。

圖3 乙烯壓縮機振動大聯(lián)鎖跳車

1.4 改進(jìn)后效果

壓縮機檢修后運行至今沒有出現(xiàn)前置迷宮環(huán)脫落故障，也沒有因迷宮環(huán)與軸套間隙變大而造成主密封進(jìn)雜質(zhì)損壞，說明這次改造是成功的。主密封火炬放空氣流量由9.0 N·m3/h增大到9.8 N·m3/h，此放空氣由絕大部分隔離氮氣和少量乙烯氣組成，說明乙烯放空損耗略有增加。

2 副密封卡滯原因分析及對策

2.1 故障經(jīng)過

2014年6月4日乙烯壓縮機由于管網(wǎng)乙烯供給問題短暫停車后，準(zhǔn)備重新開車時發(fā)現(xiàn)二級蝸殼干氣密封一級泄漏放火炬線流量表FIT1916沒有流量，車間分別進(jìn)行乙烯升降壓調(diào)試、一級改投低壓氮調(diào)試等措施均無效果。最后確認(rèn)為干氣密封二級密封卡滯、密封泄漏量過大所致。對整體拆卸下來的二段干氣密封進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)副密封有少量黑色焦油狀污漬，靜環(huán)推環(huán)處O型圈變形，與彈簧座接觸處有粘連現(xiàn)象。

2.2 原因分析

1）福斯規(guī)定的后置隔離氣（儀表風(fēng)）的進(jìn)氣量僅為2.1 N·m3/h，管路設(shè)計的缺陷導(dǎo)致后置隔離氣不足以封堵軸承箱中的軸承潤滑油氣，造成部分軸承潤滑油氣進(jìn)入干氣密封的副密封處造成污染，引起副密封處O形圈與彈簧座滑移直徑間黏著力過大而造成副密封卡滯。從現(xiàn)場拆檢發(fā)現(xiàn)副密封處有少量的黑色焦油狀污漬就是例證。

2）副密封的彈簧比壓不足。彈簧座上只有5個彈簧，原設(shè)計考慮副密封只承受低壓，泄漏量并沒有被重視。

3）靜環(huán)推環(huán)處O型圈材質(zhì)選擇考慮不充分。此O型圈既承受壓差作用，又承受微動滑移、蠕動與變形，其工作條件較其它位置的靜態(tài)O型圈更為苛刻，實際工作溫度可能高于其允許溫度150℃，尤其是壓縮機波動時情況更為惡劣。

2.3 對策

1）增大后置隔離密封的進(jìn)氣量，提高其對潤滑油氣的封堵效果。將后置隔離密封的進(jìn)氣量調(diào)整到了6.9N·m3/h，這已經(jīng)是隔離氣的最大進(jìn)氣量。

2）適當(dāng)增加副密封的彈簧數(shù)量。將彈簧數(shù)量由10個增加到14個，與主密封彈簧數(shù)量相同。由于乙烯壓縮機轉(zhuǎn)子質(zhì)量輕，每次停車后轉(zhuǎn)子就可能會發(fā)生較大的軸向竄動，使得停車后二級蝸殼密封的副密封O型圈的位置相對于正常工作時的位置有一小段的位移。如果彈簧座滑移直徑處非常光滑，沒有任何固體顆粒和液體介質(zhì)，這段小的位移對壓縮機重新開車就不會造成問題。但如果彈簧座滑移直徑處有臟物，如有固體顆粒或黏性比較大的液體，壓縮機重新開車時，這些臟物將妨礙密封的跟隨性，造成密封貼合不好。增加彈簧比壓將提高干氣密封的跟隨性，缺點是增大了密封不能盡早開啟的風(fēng)險。

3）靜環(huán)推環(huán)處O型圈材質(zhì)升級。將O型圈材質(zhì)由原來的氟橡膠進(jìn)一步升級為耐溫更高、耐腐蝕性更強的全氟醚橡膠。

4）為增強干氣密封抗擾動的能力，提高干氣密封的可靠性，建議將干氣密封主、副密封動環(huán)端面的雙向T型槽改為單向螺旋槽［2］。

2.4 改進(jìn)后效果

考慮進(jìn)口干氣密封訂貨周期長、價格高等不利因素，工廠委托大連華陽對壓縮機干氣密封進(jìn)行國產(chǎn)化改造（圖4）。2014年8月份借裝置短停時機對原福斯干氣密封進(jìn)行更換，運行至今密封系統(tǒng)各監(jiān)測參數(shù)正常，尤其是乙烯壓力波動時，密封參數(shù)變化微乎其微。說明這次改造是成功的。增加的儀表空氣消耗相對于機組的穩(wěn)定運行可以忽略不計。

圖4 干氣密封國產(chǎn)化改造

［1］ 李燕坡，王吉鵬，曹恒彥，等.離心式壓縮機密封技術(shù)的應(yīng)用綜述［J］.風(fēng)機技術(shù)，2011（6）：58-62.

［2］ 宋鵬云，胡曉鵬，許恒杰.實際氣體對T槽干氣密封動態(tài)特性的影響［J］.化工學(xué)報，2014（4）：1344-1352.